SMARTBOOK AVVITATURA - 2023 by Rothoblaas

AVVITATURA Smartbook

TEORIA

La vite giusta in base al contesto

da pag. 5

Per garantire la vita utile attesa delle connessioni e assicurare adeguate resistenza e durabilità, la scelta della vite deve avvenire prendendo in considerazione la sua resistenza alla corrosione, l’incidenza delle deformazioni del legno sulla sua resistenza meccanica, il suo comportamento in condizioni di incendio ed il supporto su cui viene installata.

CORROSIONE

FUOCO RITIRO e RIGONFIAMENTO

da pag. 6

da pag. 24

da pag. 32

MATERIALI

PRATICA

Come installare correttamente?

Dopo aver scelto la vite, è necessario installarla in maniera corretta, conformemente alla tipologia di giunzione in cui verrà impiegata, tenendo conto dei materiali presenti ed utilizzando l’attrezzatura idonea per il tipo di applicazione.

DISTANZE MINIME e PREFORO

APPLICAZIONI e CONNETTORI da pag. 58 da pag. 70 da pag. 46 da pag. 57 da pag. 55

da pag. 62 da pag. 63 da pag. 60

Lavitegiustainbase al contesto

CORROSIONE

CLASSI DI CORROSIVITÀ ATMOSFERICHE

FATTORI DI INFLUENZA

La corrosione causata dall’atmosfera dipende dall’umidità relativa, dall’inquinamento atmosferico, dal contenuto di cloruri e dal fatto che il collegamento sia interno, esterno protetto o esterno. L’esposizione è descritta dalla categoria CE che si basa sulla categoria C come definita nella norma EN ISO 9223.

La corrosività atmosferica agisce solo sulla parte esposta del connettore.

CLASSI

SERVIZIO

FATTORI DI INFLUENZA

Le classi di servizio sono legate alle condizioni termoigrometriche dell’ambiente in cui è inserito un elemento strutturale in legno. Collegano la temperatura e l’umidità dell’ambiente circostante al contenuto di acqua all’interno del materiale.

inquinamento

CLASSI DI CORROSIVITÀ DEL LEGNO

FATTORI DI INFLUENZA

La corrosione causata dal legno dipende dalle specie legnose, dal trattamento del legno e dal contenuto di umidità. L’esposizione è definita dalla categoria TE come indicato.

La corrosività del legno agisce solo sulla parte di connettore inserita nell’elemento ligneo.

esposizione

pH del legno umidità del legno

presenza di cloruri

livello di umidità

CLASSI DI SERVIZIO - SC

[Definite secondo la nuova generazione di Eurocodice 5 (prEN 1995-1-1)(6)]

ESPOSIZIONE

casi più comuni esterno esposto

interno

elementi all’interno di edifici isolati e riscaldati

esterno ma coperto

elementi al riparo (cioè non esposti alla pioggia), in condizioni non isolate e non riscaldate

UMIDITÀ ATMOSFERICA E UMIDITÀ DEL LEGNO

elementi esposti alle intemperie senza possibilità di ristagno d’acqua

Media annuale(2) esterno a contatto

umidità atmosferica relativa dell’aria circostante

umidità del legno corrispondente (4)(5)

Massimo(1)

umidità atmosferica relativa dell’aria circostante

umidità del legno corrispondente (4)(5)

elementi immersi nel suolo o nell’acqua (es. pali di fondazione e strutture marine)

saturo

(1) Il limite superiore dell’umidità relativa non deve essere superato per più di un periodo di alcune settimane consecutive all’anno.

(2) L’umidità relativa media annuale su un periodo di dieci anni viene utilizzata per assegnare gli elementi in legno alle categorie di corrosività per gli elementi a gambo cilindrico in acciaio.

(3) Il contenuto di umidità degli elementi in SC4 (per lo più completamente saturi) è influenzato dall’elemento circostante (es. suolo o acqua).

(4) Il contenuto di umidità potrebbe non applicarsi all’LVL o ai prodotti in pannelli a base di legno.

(5) Umidità rappresentativa corrispondente di SWB (Solid Wood Based - elementi a base di legno massiccio).

(6) prEN 1995-1-1 (n.d.) Basis of design and materials - Final draft (22.01.2021) - Project team SC5.T3 & SC5/WG10, CEN.

CLASSI DI CORROSIVITÀ ATMOSFERICHE - C

[Definite secondo la EN 14592:2022 in base alla EN ISO 9223]

AMBIENTE

UMIDITÀ ESPOSIZIONE AI CLORURI

tasso di deposito di cloruro [mg/m2d]

condensa rara condensa rara

> 10 km dalla costa

ESPOSIZIONE AGLI AGENTI INQUINANTI

livello di inquinamento contenuto di anidride solforosa [µg/m3]

molto bassa

bassa ≤ 3

circa 0 < 5

deserti, artico centrale/antartide aree rurali poco inquinate, piccoli centri

condensa occasionale

da 10 a 3 km

dalla costa

da 3 a 60

condensa frequente condensa permanente

da 3 a 0,25 km

dalla costa

da 60 a 300

< 0,25 km

dalla costa

da 300 a 1500

da 10 a 100 m

da 0 a 10 m

dalla strada con sali antigelo

da 5 a 30

aree urbane e industriali a medio inquinamento

da 30 a 90

zona urbana e industriale altamente inquinata

da 90 a 250

ambiente con elevatissimo inquinamento industriale

CLASSI DI CORROSIVITÀ DEL LEGNO - T

[Definite secondo EN 14592:2022]

VALORE pH

SPECIE LEGNOSE

Il legno contiene un estere dell’acido acetico che agisce come agente corrosivo per diversi metalli a contatto con il legno. La presenza di acido acetico determina il pH della specie legnosa

TRATTAMENTO

DEL LEGNO

Il trattamento del legname comprende il trattamento con cloruri, rame e ritardanti di fiamma.

In caso di legno trattato termicamente, il livello di pH è determinante

CONTENUTO DI UMIDITÀ

Ciascuna categoria di esposizione del legname corrisponde, per il legno massiccio, al contenuto medio annuo di umidità nella classe di servizio indicata (come definito a pag. 7)

legno non trattato e trattato

CLASSE DI SERVIZIO

Dell’ambiente in cui è inserito l’elemento ligneo

pH > 4

legni “standard” acidità bassa

pH ≤ 4

legni “aggressivi” acidità alta

qualunque

solo legno non trattato

legno non trattato e trattato

SC3

SC4

SPECIE LEGNOSE e pH per T3 e T4

[Definite secondo Wagenführ R; Wagenführ A. 2022. Holzatlas e Coatings for Display and Storage in Museums January 1999 Publisher: Canadian Conservation Institute Jean Tetreault]

La presenza di acido acetico è particolarmete cruciale quando l’elemento si trova nella condizione esposta (SC3). Sapere quindi quale specie legnosa è più acida è determinante.

4,85-5,35

4,9-6,0

5,2-6,0

Betulla bianca Betula verrucosa

Acero rosso Acer rubrum

Mogano africano Khaya

Pino silvestre Pinus sylvestris

Teak Tectona grandis

Pino rosso Pinus resinosa

Larice comune Larix decidua

4,2-5,4

Abete rosso Picea abies

4,1-5,3

legni “standard” acidità bassa Obeche Triplochiton scleroxylon

Balsa Ochroma

Abete nordamericano P. rubens, P. glauca, P. mariana

5,5-6,7 5,5-6,0 ~5,8 ~5,9

5,4-6,2 ~ 6,1

5,6-7,0 pH > 4

Iroko Milicia

Frassino comune Fraxinus excelsior

Faggio Fagus

Pino del Paranà Araucaria angustifolia

Olmo Ulmus

Pioppo P. balsamifera, P. cathayana

Abete bianco americano Abies grandis

3,3 - 5,8 pH ≤ 4

Abete di Douglas Pseudotsuga menziesii

Abete di Douglas blu Pseudotsuga taxifolia

Jarrah

Eucalyptus marginata

Cedro rosso occidentale Thuja plicata

Quercia o farnia europea Quercus robur

Castagno europeo Castanea sativa

Ginepro africano Juniperus procera Faggio termotrattato

Idigbo Terminalia ivorensis

legni “aggressivi” acidità alta Quali sono i legni più

Padouk africano

Pterocarpus soyauxii

Pino marittimo

Pinus pinaster

Quercia rossa

Quercus rubra

Ciliegio nero americano Prunus serotina

Quercia bianca Quercus alba

Quercia nera

Quercus nigra

Rovere

Quercus petraea

TANNINI

e pH

I tannini sono una sostanza chimica presente negli estratti vegetali, appartenente alla famiglia dei polifenoli, comune nelle piante e negli alberi.

Il loro ruolo biologico è quello di difesa, sono molecole dotate di proprietà antiossidanti.

Protezione o corrosione?

Il loro effetto sul metallo, però, è contrario a quello che ci si aspetta. I tannini infatti, appena inizia il processo corrosivo, aderiscono alla superficie del connettore e formano uno strato protettivo che lo rallenta.

EFFETTO DEI TANNINI

connettore: vite filetto totale

coating: zincatura galvanica (≈ 10μm)

legno: quercia verde

tempo di esposizione: 6 mesi

classe di servizio [SC]: SC3

classe di corrosività atmosferica [C]: C2

classe di corrosività del legno [T]: T4

1 2

esterno no corrosione

sotto la superficie forte corrosione tannini tannini

interno del legno bassa corrosione

I test effettuati da R&D Rothoblaas hanno messo in luce come in soli due mesi l’effetto dei tannini sia evidente:

1 Sulla parte del connettore inserito in profondità nell’elemento ligneo si nota la presenza di uno strato nero protettivo consistente.

2 Nella zona di interfaccia il connettore si è corroso (ruggine rossa) perché lo strato protettivo è stato dilavato dall’acqua.

VELOCITÀ DI CORROSIONE

Il fattore più importante da considerare nel processo corrosivo è la classe di corrosività del legno (T) legata a pH e umidità del legno.

A parità di pH la presenza di tannni rallenta il fenomeno corrosivo.

Solitamente si tende ad associare i tannini alla corrosione perché tanti legni tanninici sono anche acidi (pH < 4).

quercia pino acacia olmo

In sostanza, più tannini sono presenti in un legno, più lenta è la corrosione del connettore una volta innescata. contenuto tannini [mg/L]

Tasso di corrosione in estratti di legno [µm/anno] in funzione del pH e del contenuto di tannini (1) (1) Basato sulla ricerca di S. Zelinka, Corrosion in Wood Products. 2014. (Ed.), ISBN: 978-953-51-1223-5, InTech, DOI: 10.5772/57296.

Ci sono comunque delle eccezioni, come il pino marittimo e l’abete di Douglas che sono classificati T4, pur non essendo tanninici.

CAMPAGNA SPERIMENTALE

Presso il nostro laboratorio è stata condotta una campagna sperimentale volta a valutare l’andamento della corrosione dei connettori nel tempo.

Durante i test sono state analizzate:

• circa 350 configurazioni

• ottenute combinando 6 diverse tipologie di viti

• per un lasso di tempo di 1 anno

I provini sono stati collocati in ambienti con classi di servizio differenti

Le viti sono state analizzate con cadenza mensile per valutare il tasso di corrosione e l’influenza delle diverse variabili in gioco.

SET-UP

legno: quercia tempo di esposizione: 12 mesi

classe di servizio [SC]:

classe di corrosività atmosferica [C]:

classe di corrosività del legno [T]:

RISULTATI:

dopo 1 mese

dopo 10 mesi

lievi segni di tannini, nessuna presenza di ruggine

forte presenza tannini, forti segni di ruggine rossa

forte presenza tannini, segni di ruggine

nessuna presenza di ruggine

presenza di tannini, nessuna presenza di ruggine

nessuna presenza di ruggine

ACCIAI E RIVESTIMENTI

Il miglior compreomesso tra resistenza alla corrosione e resistenza meccanica

RIVESTIMENTO ANTICORROSIVO C5 EVO

Rivestimento multistrato capace di resistere ad ambienti esterni classificati C5 secondo ISO 9223. SST con tempo di esposizione maggiore di 3000h condotto su viti precedentemente avvitate e svitate in legno di Douglas.

RIVESTIMENTO ANTICORROSIVO C4 EVO

Rivestimento multistrato a base inorganica con uno strato funzionale esterno di circa 15-20 μm a matrice epossidica con flakes di alluminio. Idoneità alla classe di corrosività atmosferica C4 comprovata dall’ente RISE.

RIVESTIMENTO ANTICORROSIVO ORGANICO

Rivestimento colorato a base organica che conferisce un’ottima resistenza agli agenti corrosivi atmosferici e legnosi in applicazioni all’esterno.

ZINCATURA ELETTROLITICA

Rivestimento costituito da uno strato da 5 a 12 micron di zincatura elettrolitica con passivazione Cr; standard per la maggioranzza dei connettori.

HIGH CORROSION RESISTANT

Acciaio inossidabile austenitico. È caratterizzato dall’alto contenuto di molibdeno e basso contenuto di carbonio. Offre un’altissima resistenza alla corrosione generalizzata, alla tensocorrosione, alla corrosione intergranulare e alla vaiolatura.

ACCIAIO INOX A4 | AISI316

Acciaio inossidabile austenitico. La presenza di molibdeno conferisce un’elevata resistenza alla corrosione generalizzata e interstiziale.

ACCIAIO INOX A2 | AISI304

Acciaio inossidabile austenitico. È il più comune tra gli austenitici. Offre un ottimo livello di protezione dalla corrosione generalizzata.

ACCIAIO INOX A2 | AISI305

Acciaio inossidabile austenitico simile all’A2 | AISI304. La lega contiene leggermente più carbonio rispetto al 304, rendendolo più lavorabile in produzione.

ACCIAIO INOX AISI410

Acciaio inossidabile martensitico. Caratterizzato dall’alto contenuto di carbonio. Idoneo alle applicazioni all’esterno (SC3). Degli acciai inox è quello che le offre più elevate prestazioni meccaniche.

RESISTENZA ALLA CORROSIONE

RESISTENZA

DISTANZA DAL MARE

RESISTENZA ALL’ESPOSIZIONE AI CLORURI

Confronto di resistenza alla corrosione atmosferica tra diversi tipi di rivestimento a base di zinco e diversi tipi di acciai inossidabili utilizzati nelle viti per legno, considerando solo l‘influenza dei cloruri (salsedine) e senza un regime di pulizia (in base a EN 14592:2022 e EN 1993-1-4:2014).

zincatura elettrolitica(1)

rivestimento anticorrosivo organico

rivestimento anticorrosivo C4 EVO(2)

rivestimento anticorrosivo C5 EVO(2)

Qual è il materiale migliore se sono vicino al mare?

distanza dal mare 0,25 km 0 1 km 3 km 10 km

acciaio inox HCR (High Corrosion Resistant)

acciaio inox A4 | AISI316

acciaio inox A2 | AISI305(3)

acciaio inox AISI410

(1) Solo per condizioni di esposizione all’aperto protette. (2) EN 14592:2022 attualmente limita la vita utile dei rivestimenti alternativi a 15 anni. (3) A2 AISI304: considerando il metallo completamente esposto alla pioggia.

C4 EVO è un rivestimento multistrato composto da:

• Uno strato funzionale esterno di circa 15-20 μm a matrice epossidica con cariche di flakes di alluminio, che conferisce al rivestimento un’ottima resistenza agli stress meccanici e termici. I flakes di alluminio inoltre, fungono all’occorrenza da elemento sacrificale catodico per il metallo base della vite.

• Uno strato di adesione centrale per lo strato funzionale esterno.

• Uno strato interno di circa 4 μm di zinco con funzione di ulteriore strato di resistenza alla corrosione.

Organic matrix

Cohesion layer

Zn - Zinc

Fe - Carbon Steel

Aluminium

C4 EVO COATING SCREW BODY

SCELTA DEL MATERIALE E DEL RIVESTIMENTO

RESISTENZA ALLA CORROSIONE T-C

Valutazione del comportamento alla corrosione di materiale e rivestimenti in funzione della classe di corrosività dell’ambiente (1) e della classe di corrosività del legno (in base a EN 14592:2022 e EN 1993-1-4:2014).

Resistenza alla corrosione media. Consigliato per applicazioni all’interno e all’esterno in giunzioni non esposte alla pioggia battente.

Il rivestimento a base organica permette un’elevata resistenza alla corrosione anche in ambienti legnosi aggressivi.

Rientrante nella classe più alta di resistenza alla corrosione dall’EN 1993-1-4:A1 (CRC V), offre il massimo della resistenza alla corrosione dell’ambiente (C5) e del legno (T5). Unica categoria idonea all’impiego in piscine interne.

Classificato CRC III dall’EN1993-1-4:A1, offre un livello di protezione dalla corrosione adatto a ambienti esterni anche in prossimità del mare (C4) e su legni acidi.

classi di corrosività atmosferica

esperienza Rothoblaas

classi di corrosività del legno

esperienza Rothoblaas

Il rivestimento a base inorganica con strato di matrice epossidica conferisce un’ottima resistenza in ambienti esterni aggressivi.

Classificato CRC II dall’EN19931-4:A1, offre un livello di protezione dalla corrosione adatto a molti ambienti esterni e specie legnose.

Rivestimento multistrato capace di resistere in ambienti esterni classificati C5 e in legni molto aggressivi.

Acciaio inossidabile di tipo martensitico. Idoneo all’esterno (SC3). Possibile applicazione su legni acidi ma lontani da agenti corrosivi (cloruri, sulfuri, ecc.).

(1) Per l’acciaio inossidabile si è determinata una classe equivalente di corrosività atmosferica considerando solo l‘influenza dei cloruri (salsedine) e senza un regime di pulizia.

COMBINAZIONE CON PIASTRE

Le viti sono spesso utilizzate in combinazione con piastre metalliche. In questi casi bisogna garantire che entrambi i componenti della connessione siano abbastanza resistenti all‘ambiente atmosferico e alla corrosività dell‘elemento ligneo.

Come

scelta giusta?

3 semplici passi per trovare la soluzione più adatta

scelta di materiale e rivestimento della piastra metallica

CONNETTORE A SCOMPARSA AD AGGANCIO LEGNO-LEGNO PER ESTERNO

scelta di materiale e rivestimento del fissaggio in base alla compatibilità con l’ambiente e con la piastra

VITE A TESTA TRONCOCONICA

determinazione delle varie classi (corrosività atmosferica, di servizio e di corrosività del legno) in base all’ambiente

ESEMPIO:

elementi in legno direttamente esposti alle intemperie in ambiente vicino al mare

LEGENDA:

utilizzo previsto da normativa

esperienza Rothoblaas

SC3 C4 T3

CLASSE DI SERVIZIO DELL’AMBIENTE(1)

CLASSE DI CORROSIVITÀ ATMOSFERICA

CLASSE DI CORROSIVITÀ DEL LEGNO

acciaio al carbonio alluminio

acciaio inossidabile

acciaio al carbonio

acciaio inossidabile

La combinazione tra metalli diversi in ambienti esterni richiede inoltre la valutazione del rischio di corrosione per accoppiamento galvanico.

(1) La corrispondenza tra le classe di corrosività C e T con le classi di servizio SC è una rappresentazione approssimativa di casi comuni. Ci possono essere casi particolari che non trovano corrispondenza in questa tabella.

ACCOPPIAMENTO GALVANICO

La combinazione tra metalli diversi in ambienti esterni o umidi richiede la valutazione del rischio di corrosione per accoppiamento galvanico. Affinché si verifichi la corrosione per accoppiamento galvanico, le seguenti 3 condizioni devono essere soddisfatte contemporaneamente:

metalli di diverso tipo (differente potenziale elettrico)

vite piastra

presenza di un elettrolita

continuità elettrica tra i due metalli

Più dissimili sono i metalli (maggiore differenza di potenziale), maggiore è il rischio di corrosione. Il potenziale di corrosione galvanica tra i metalli è dettato da quanto sono distanti sulla “serie galvanica di metalli”. In modo approssimativo, una differenza di potenziale maggiore di 0.4-0.5 V potrebbe considerarsi significativa/critica.

Serie galvanica dei metalli: potenziale di corrosione di vari metalli in acqua di mare

più nobile CATODICO parte protetta

potenziale galvanico [Volt]

magnesio

zinco

lega di alluminio

acciaio e ghisa

rame

acciai inossidabili - 410, 416, 304, 305, 316

nichel

argento

titanio

oro e platino

meno nobile ANODICO parte corrosa

In questi casi, il metallo meno nobile (Zn) viene dissolto (dissoluzione anodica), mentre la parte più nobile (A4) non viene attaccata dalla corrosione (fungendo da catodo).

PREVENZIONE

Per prevenire o ridurre al minimo il rischio di corrosione galvanica si possono adottare le seguenti misure:

RONDELLA INOSSIDABILE CON GUARNIZIONE DI TENUTA

Usare materiali simili o con una piccola differenza di potenziale.

Disconnettere l’accoppiamento galvanico tra i due materiali.

NASTRO SIGILLANTE PUNTO CHIODO BUTILICO

Rivestire l’anodo o il catodo per evitare il collegamento elettrico.

Prevenire che l’umidità entri in contatto con entrambi i metalli.

METALLI DISSIMILI

A volte non possiamo evitare l’uso di metalli dissimili.

In questo caso dobbiamo assicurarci che gli elementi di fissaggio (ad es. le viti o i chiodi) siano di un materiale più nobile rispetto a quello della connessione, come succede con i connettori LOCK (alluminio) quando vengono usati con le viti KKF (acciaio inox AISI410) in un contesto all’esterno.

LEGNO E ACCOPPIAMENTO GALVANICO

Quando parliamo di legno e accoppiamento galvanico, dobbiamo considerare la distinzione tra acqua libera e acqua legata

Potenzialmente, l’acqua libera potrebbe agire come un elettrolita, ma il rischio di accoppiamento galvanico associato è molto basso e si verifica solo se l’elettrolita tocca entrambi i materiali dissimili. Anche in questo caso, l’acqua libera non defluisce in modo abbondante dalle celle di legno.

L’acqua legata non può agire come un elettrolita perché è legata all’interno delle cellule del legno.

Dato che l’umidità di equilibrio del legno è vicina al 12% e che non c’è acqua libera in un legno con contenuto di umidità inferiore a 20%, il legno che circonda la connessione può proteggere la connessione dalla corrosione galvanica assorbendo l’umidità in eccesso e previene un accumulo di acqua.

RITIRO E RIGONFIAMENTO

IGROSCOPICO

Il legno è un materiale vivo, poroso e igroscopico, ciò significa che per sua natura può acquisire o perdere umidità a seconda delle condizioni ambientali in cui si trova.

ANISOTROPO

Le prestazioni meccaniche e le deformazioni nell’elemento in legno sono differenti a seconda della direzione anatomica (longitudinale e radiale/tangenziale).

Il comportamento delmaterialelegno

NON UNIFORME

Nel mondo esistono molteplici specie legnose con caratteristiche e densità differenti e specifiche.

Δu < 0% riduzione di umidità ritiro

Δu > 0% incremento di umidità rigonfiamento

direzione longitudinale

≠direzione trasversale

a seconda della specie legnosa densità differenti

VARIAZIONI DIMENSIONALI DIFFERENTI

a seconda della variazione di umidità, della direzione rispetto alla fibratura e della specie legnosa

IGROSCOPIA

UMIDITÀ RESIDUA

Il legno si mette in equilibrio igroscopico con l’ambiente in cui è collocato: rilascia o assorbe umidità, fino a trovare un punto di bilanciamento. In base alle condizioni climatiche dell’ambiente (temperatura e umidità relativa dall’aria), è possibile determinare il contenuto di umidità corrispondente all’interno del legno.

Come l'umidità influenza il comportamento dellegno

umidità del legno corrispondente [%] umidità atmosferica relativa [%]

Un elemento in legno posizionato in un ambiente con umidità relativa del 65% e con una temperatura di 20°C avrà, in equilibrio, un valore di umidità corrispondente pari al 12%

umidità atmosferica relativa dell’aria circostante (limite superiore)

umidità del legno corrispondente

Il legno, di norma, dovrà essere fornito con un contenuto di umidità il più vicino possibile a quella appropriata alle condizioni ambientali in cui si troverà nell’opera finita, così da non essere soggetto a variazioni di umidità corrispondente e di conseguenza a fenomeni di ritiro o rigonfiamento.

RIDUZIONE DI RESISTENZA

La presenza di umidità nell’elemento in legno ne influenza la performance statica: a parità di sollecitazione, un elemento collocato in un ambiente con umidità elevata (es. SC3) possiede resistenza meccanica inferiore a quella esplicata in SC1. A livello progettuale è necessario applicare opportuni coefficienti correttivi (k mod) per tener conto di questo fenomeno.

Coefficienti di correzione per la durata del carico e per l’umidità k mod (1)

SC1

SC2

SC3

SC4

Classe di durata del carico

ANISOTROPIA E SPECIE LEGNOSE

L’organizzazione cellulare del legno

influenza le sue prestazioni meccaniche e determina una notevole differenza in termini di resistenza e rigidezza a seconda della direzione rispetto alla fibratura. Nella progettazione si considerano due casistiche: parallela o perpendicolare (radiale/tangenziale).

Curve tipiche tensione-deformazione

compressione parallela

Struttura

cellulare: come influenza il comportamento del legno

compressione perpendicolare longitudinale radiale tangenziale

VARIAZIONI DIMENSIONALI IN FUNZIONE DELLA DIREZIONE

Anche i fenomeni di ritiro e rigonfiamento sono differenti a seconda della direzione anatomica considerata nell’elemento ligneo.

Le variazioni dimensionali lineari del legno sono proporzionali alla variazione di umidità:

Lfinal = L initial [1 + k sh/sw (u final − u initial)]

dove:

- Lfinal è la dimensione relativa al contenuto di umidità finale

- L initial è la dimensione relativa al contenuto di umidità iniziale

- k sh/sw è il coefficiente di ritiro/rigonfiamento nella direzione anatomica considerata (vedi tabella sotto)

- u initial è il contenuto di umidità residua iniziale del legno [%]

- u final è il contenuto di umidità residua finale del legno [%]

Coefficienti k sh/sw di ritiro/rigonfiamento (1) per una variazione dell’1% del contenuto di umidità residua in direzione:

direzione longitudinale direzione radiale direzione tangenziale conifere, rovere, castagno, pioppo 0,0001 0,0012 0,0024 quercia cerro 0,0001 0,0020 0,0040 legno di conifera lamellare incollato 0,0001 0,0025 0,0025

Le variazioni dimensionali igroscopiche (ritiro e rigonfiamento) si hanno per umidità residua inferiore al punto di saturazione delle pareti cellulari (Fibre Saturation Point - FSP), corrispondente convenzionalmente ad un’umidità residua del 30%.

Per umidità superiori a FPS si hanno variazioni di massa ma non di volume.

(1) CNR-DT 206 R1/2018

TRAVE IN LEGNO LAMELLARE

L initial lunghezza iniziale 4000 mm

B initial base iniziale 120 mm

H initial altezza iniziale

200 mm

Vinitial volume iniziale 0,096 m3 materiale legno GL24h ( ρ k= 385 kg/m3)

u initial umidità iniziale 10%

u final umidità finale 20%

Δu differenza di umidità

parallela perpendicolare

k sh/sw (1) 0,0001 0,0025

Linitial

Piccole variazioni di umidità, deformazionigrandi

VARIAZIONI DIMENSIONALI

L final lunghezza finale 4004 mm +4 mm

B final base finale 123 mm +3 mm

Δu=10%

Le variazioni dimensionali riscontrate, pur essendo simili in valore assoluto, risultano essere molto più marcate nella direzione trasversale rispetto alla direzione longitudinale.

Solitamente, nelle strutture in legno, la tolleranza di costruzione è nell’ordine del millimetro; rigonfiamenti o ritiri non considerati e assecondati generano incrementi di sollecitazione e fenomeni di rotture o fessurazioni localizzate.

LEGNO-LEGNO

Una variazione di umidità all’interno dell’elemento in legno provoca una sollecitazione aggiuntiva sul connettore (1)

VITI CARICATE LATERALMENTE

Il connettore rappresenta un vincolo alla libera deformazione del legno: al rigonfiamento è associato un aumento dello sforzo di rifollamento sull’asse del connettore che si tramuta in un carico a taglio aggiuntivo.

VITI CARICATE ASSIALMENTE

Il rigonfiamento impedito comporta un carico concentrato in corrispondenza della testa della vite, che tende a penetrare all’interno dell’elemento in legno. Il connettore risulta soggetto ad un carico anche in assenza di sollecitazioni agenti sulla connessione.

Le variazioni di umidità influenzano la resistenza delle connessioni

ACCIAIO-LEGNO

L’elemento metallico rappresenta un vincolo rigido di confinamento del legno e ne impedisce la deformazione indotta dalla variazione di umidità.

VITI CARICATE LATERALMENTE

In connessione con piastra metallica, il connettore ha meno capacità di assecondare le deformazioni del materiale.

Il connettore risulta soggetto ad un carico anche in assenza di sollecitazioni agenti sulla connessione.

VITI CARICATE ASSIALMENTE

Il connettore viene sollecitato in maniera importante in direzione assiale, se è posizionato in maniera da non poter assecondare il movimento del legno.

RIGONFIAMENTO: ELEMENTI CONFINATI

Acciaio-legno: attenzione alle sollecitazioni

L’elemento metallico rappresenta un vincolo rigido di confinamento del legno: in presenza di variazione di umidità, l’elemento non è libero di rigonfiare. Rigonfiamento impedito genera forza di compressione sul legno.

L’elemento in legno mantiene la sua geometria e dimensione iniziale ma non il suo stato tensionale. Quando si ha un elemento confinato, il connettore risulta soggetto ad un carico anche in assenza di sollecitazioni agenti sulla connessione se c’è variazione di umidità.

Δu=0 Δu > 0%

ELEMENTO LIBERO

Se l’elemento non è confinato, si può deformare liberamente.

I connettori al suo interno saranno comunque soggetti ad una sollecitazione aggiuntiva.

PIASTRA SOTTILE

Il vincolo non è sufficientemente rigido da impedire il rigonfiamento del legno; la piastra si deforma per assecondarne il movimento ma è vincolata dal connettore.

PIASTRA SPESSA

L’elemento metallico non si deforma; la variazione dimensionale del legno avviene in maniera disomogenea e genera sollecitazioni aggiuntive importanti sul connettore.

BUONE REGOLE PROGETTUALI

Si dovrà verificare che i fenomeni di rigonfiamento e ritiro non siano dannosi per la struttura stessa e non generino sollecitazioni non compatibili con il materiale e con le sue prestazioni in termini di resistenza e deformazione.

La progettazione e l’installazione di viti autofilettanti parzialmente o completamente filettate devono tenere conto delle condizioni di umidità degli elementi in legno e delle fluttuazioni che possono verificarsi durante le fasi di trasporto, di montaggio, di cantiere e di esercizio. La progettazione deve considerare eventuali sollecitazioni aggiuntive legate a condizioni temporanee.

Per maggiorni informazioni sull’installazione METALLO-LEGNO vedi pag.63.

CAMPAGNA SPERIMENTALE

Presso il nostro laboratorio è stata condotta una campagna sperimentale volta a valutare l’incremento di sollecitazione sui connettori in seguito a variazione di umidità nel legno.

Durante i test sono state analizzate circa 20 configurazioni ottenute combinando 3 diverse tipologie di viti con differenti condizioni di installazione in connessione acciaio-legno

I provini sono stati collocati in ambienti definiti in cui poter variare l’umidità degli elementi in legno in maniera controllata.

Le viti sono state analizzate con cadenza giornaliera per valutare l’influenza delle diverse variabili in gioco.

SET-UP

t=0

t=6 settimane

legno: lamellare (softwood)

tempo di esposizione: 6 settimane

viti: HBS PLATE

umidità iniziale: 11%

umidità finale: 40%

RISULTATI:

piastra sottile

piastra spessa

piastra spessa + XYLOFON 35

configurazione iniziale

0 week 6 weeks

dopo 6 settimane

piastra sottile

piastra spessa

piastra spessa + XYLOFON 35

COMPORTAMENTO AL FUOCO

Le strutture in legno, opportunamente progettate, garantiscono elevate prestazioni anche in condizioni di incendio.

LEGNO

Il legno è un materiale combustibile che brucia lentamente: in condizioni di incendio si ha una riduzione della sezione resistente mentre la parte non interessata dalla carbonizzazione conserva intatte le sue caratteristiche meccaniche (rigidezza e resistenza).

Velocità di carbonizzazione unidimensionale ß 0 ≈0,65 mm/min

METALLO

L’acciaio, e in generale le connessioni metalliche, sono il punto debole delle strutture in legno in condizioni d’incendio.

Le parti metalliche conducono infatti le alte temperature all’interno della sezione. Inoltre, all’aumentare della temperatura, diminuiscono rapidamente le loro proprietà meccaniche.

Se non considerato, può causare un collasso non previsto della connessione.

PERCHÉ IL LEGNO RESISTE AL FUOCO?

spessore carbonizzato

sezione residua

perimetro iniziale

zona carbonizzata

zona alterata

Il legno è un materiale combustibile che può essere completamente distrutto se esposto a sorgenti di calore esterne di durata e intensità elevate. Tuttavia:

• il legno è un materiale igroscopico contenente acqua, elemento che rallenta notevolmente la penetrazione del calore all’interno della sezione, anche a fronte di temperature esterne molto alte;

• lo strato carbonizzato funziona come uno schermo alla penetrazione del calore verso l’interno della sezione, in quanto i gas caldi prodotti durante la pirolisi rallentano l’incremento della temperatura nello strato stesso.

Se si osserva la sezione di un elemento in legno, dopo che è stato sottoposto ad un carico di incendio, si possono individuare 3 strati:

• una zona carbonizzata che corrisponde allo strato di legno ormai completamente interessato dal processo di combustione;

• una zona alterata non ancora carbonizzata ma che ha subito aumenti di temperatura oltre i 100°C, che si assume abbia resistenza residua pari a zero;

• una sezione residua che mantiene intatte le proprietà di resistenza e di rigidezza iniziali.

Fattore di riduzione

delle caratteristiche resistenti

leghe leggere

Istante t=0

entrambi i materiali hanno una resistenza pari al 100%

Istante t=10 min

per l’acciaio la resistenza si è ridotta al 20% mentre per il legno è ancora all’85%

tempo (minuti)

sezione 50 x 50 mm

Istante t=20 min

l’acciaio è collassato e non ha più resistenza mentre per il legno è rimasto un 65%

ACCIAIO e LEGHE LEGGERE: andamento delle caratteristiche resistenti degli elementi metallici sottoposti ad incendio normalizzato (indipendentemente dalle dimensioni della sezione).

LEGNO: andamento delle caratteristiche resistenti degli elementi in legno sottoposti ad incendio normalizzato (la curva varia al variare delle dimensioni della sezione).

curva d’incendio standard ISO 834

CONNETTORI METALLICI

L’acciaio ha una conducibilità termica molto maggiore del legno: se esposto alla stessa fonte di calore, si scalderà molto più velocemente rispetto al legno e trasmetterà il calore anche all’interno della sezione, generando uno strato carbonizzato interno.

DIAMETRO

Cosa influenza il comportameto al fuoco di un connettore?

Maggiore è il diametro del connettore, maggiore sarà il calore che trasmetterà all’interno del legno

bullone Ø20 esposto ad una fonte di calore

LUNGHEZZA

vite Ø12 con testa esposta ad una fonte di calore

Anche la lunghezza, così come il diametro, il materiale e il tipo di testa della vite condiziona la trasmissione di calore.

Più la vite è lunga, più le temperature si abbassano perché la punta del connettore è distante dalla fonte di calore e si trova in una zona di legno più fredda.

punta della vite a 200°C

punta della vite a 20°C

MATERIALE

A parità di geometria, l’acciaio inox si comporta meglio rispetto all’acciaio al carbonio. Avendo un coefficiente di conducibilità minore, le temperature lungo la vite in acciaio inox sono più basse e la zona carbonizzata attorno ad essa è minore.

parametro influenza sul comportamento al fuoco peggior comportamento miglior comportamento

LUNGHEZZA significativa

L’IMPORTANZA DELLA PROTEZIONE

Coprire la testa della vite o proteggere il metallo dall’esposizione diretta al fuoco porta notevoli benefici in termini di propagazione del calore e di profondità di carbonizzazione.

La profondità di carbonizzazione può essere infatti ridotta variando la profondità di infissione della testa nel legno: maggiore è l’infissione nel legno, minore sarà la profondità di carbonizzazione. Coprendo poi la testa con un tappo di legno, la carbonizzazione lungo la vite sarà nulla.

variabili:

configurazione iniziale

s i: spessore di infissione delle testa nel legno

s c: spessore di carbonizzazione

s i = 0 mm

dopo l’esposizione al fuoco

s c = 30 mm

s i = 10 mm s c = 20 mm

s i = 20 mm

s i = tappo = 20 mm

si si si

s c = 10 mm s c = 0 mm

Rif. N. Werther, M. Gräfe, V. Hofmann, S. Winter „Untersuchungen zum Brandverhalten von querkraft- beanspruchten Verbindungen bei Holzbaukonstruktionen, Neuentwicklung und Optimierung von Verbindungssystemen und allgemeinen Konstruktionsregeln, 2015“

TIPO DI TESTA bassa

RESISTENZA AL FUOCO

La resistenza al fuoco indica l’attitudine di un elemento costruttivo a mantenere la stabilità strutturale durante un incendio per un periodo determinato, conservando la capacità di compartimentazione dai fumi e gas caldi generati dalla combustione. Il fine primario della resistenza al fuoco è garantire la capacità portante della struttura in condizioni d’incendio. Le caratteristiche che devono essere mantenute durante l’azione del fuoco sono indicate da tre lettere:

R

I

IERcapacità portante

attitudine dell’elemento da costruzione a mantenere la resistenza meccanica sotto l’azione del fuoco

tenuta attitudine dell’elemento da costruzione a non lasciar passare fiamme, vapori e gas caldi verso il lato non esposto al fuoco

isolamento termico

attitudine dell’elemento da costruzione a limitare la trasmissione del calore verso il lato non esposto al fuoco

La sigla di resistenza al fuoco è seguita da numeri indicanti i minuti di stabilità in caso di incendio.

REI120

R60

la resistenza meccanica, la tenuta ai fumi e l’ isolamento termico dell’elemento sono mantenuti per 120 minuti (2h) dallo scoppio dell’incendio

la resistenza meccanica dell’elemento è mantenuta per 60 minuti dallo scoppio dell’incendio

Agli elementi strutturali a sviluppo lineare come pilastri e travi è richiesta solo la capacità portante (R); a solai e pareti delimitanti un compartimento, sono richieste tutte e tre le caratteristiche (REI).

TEST IN SCALA REALE

In collaborazione con RISE - Research Institutes of Sweden abbiamo condotto dei test su scala reale per determinare il valore EI di alcuni tra i più diffusi giunti nell’edilizia in legno.

PROGETTI DI RICERCA

I nostri prossimi progetti di ricerca saranno incentrati sullo studio del comportamento al fuoco dei nodi più diffusi nel mondo delle costruzioni in legno. Il nostro obbiettivo, infatti, è studiarli sotto ogni punto di vista considerando sia gli aspetti statici sia di tenuta e isolamento termico, per capire come cambia la risposta del giunto durante un incendio in relazione agli elementi presenti.

LA MIGLIOR DIFESA? È PASSIVA!

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PROTEZIONE AL FUOCO

GIUNZIONI NON PROTETTE(1)

LEGNO-LEGNO

viti

tﬁ,min ≥ 28 mm

chiodi

Proteggiamo le strutture in legno

viti

tﬁ,min = 28 + 70 mm

chiodi

tﬁ,min ≥ 28 mm

tﬁ,min = 28 + 70 mm

Per le unioni con viti o chiodi è possibile incrementare la resistenza al fuoco (Rtd) fino a 60 minuti aumentando tutte le dimensioni degli elementi in legno.

LEGNO-ACCIAIO

tﬁ,min ≥ 55 mm

tﬁ,min ≥ 60 mm

Si può implementare la resistenza al fuoco fino a 120 minuti aumentando le dimensioni degli elementi in legno (tfi) e le distanze dai bordi degli elementi metallici.

Per le giunzioni ACCIAIO-LEGNO con piastra esposta: si applicano le regole valide per le strutture in acciaio (EN 1993-1-2).

(1) Nuova generazione Eurocodici EN 1995-1-2:2025 (n.d.)

bulloni spinotti

GIUNZIONI PROTETTE

Si possono incrementare le resistenze al fuoco progettando dei sistemi di protezione al fuoco parziali o totali. Questi sistemi di protezione possono essere rivestimenti in legno (es. tasselli in legno), pannelli di legno o cartongesso (tipo A, H o F).

PARZIALI

Il sistema parziale protegge la connessione solamente per una parte del tempo di resistenza al fuoco richiesto (es. richiesta una resistenza di 60 minuti, il pannello resisterà al fuoco per 45 minuti, gli altri 15 minuti dovranno essere garantiti dall’unione non protetta) .

TOTALI

Il sistema totale protegge la connessione per tutto il tempo richiesto (es. richiesta una protezione di 60 minuti, il pannello resisterà al fuoco per 60 minuti).

ESEMPIO DI CALCOLO SPESSORE TAPPO IN LEGNO - PROTEZIONE PARZIALE

[cap. 6.2.1.2 EN 1995-1-2:2025]

La profondità dei tasselli 1 e lo spessore dei pannelli 2 devono essere calcolati in base alla resistenza al fuoco desiderata.

a fi = ß n · 1,5 · (treq - Rtd)

dove:

a fi = spessore pannello/tassello

Rtd = resistenza al fuoco del connettore non protetto treq = resistenza al fuoco desiderata

ß n = 0,8 per legno massiccio di conifera, 0,7 in tutti gli altri casi

Protezione spinotti con tappi in legno R60:

a fi = 0,7 · 1,5 · (60 - 20) = 42 mm

N.B. La profondità di penetrazione nel legno degli elementi di fissaggio di pannelli di protezione deve essere ≥ 6 d (≥ 10·d nel caso di cartongesso Tipo F).

CARICHI IN CASO DI INCENDIO

Durante un evento eccezionale come un incendio, i carichi che agiscono sugli elementi strutturali risultano essere minori rispetto ai carichi utilizzati per la progettazione degli elementi strutturali agli stati limite ultimo (che vengono aumentati attraverso dei coefficienti)(1)

ESEMPIO

La neve su di una copertura durante un incendio tende a sciogliersi e quindi il peso che grava sulla struttura è minore; allo stesso modo, durante un incendio, le persone escono dai locali, tramite le vie di fuga, facendo diminuire il carico accidentale di categoria, agente sugli elementi strutturali.

carico della neve in fase di progettazione

Parte di copertura non interessata dall’incendio (neve ancora presente)

sovraccarico accidentale di categoria in fase di progettazione (stima del peso delle persone)

INCENDIO

carico della neve minore in condizioni di incendio

Parte della copertura interessata da un incendio (assenza di neve)

sovraccarico accidentale di categoria minore in condizioni di incendio

(1) Nella progettazione all’incendio questa differenza è considerata utilizzando dei coefficienti di combinazione dei carichi (determinati statisticamente) minori rispetto a quelli per la progettazione agli SLU.

SLU (STATO LIMITE ULTIMO)

VITI CARICATE ASSIALMENTE

COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA

Essendo soggette ad un carico minore rispetto a quello utilizzato per progettare le connessioni in condizioni normali, è accettabile che anche la resistenza della connessione in condizioni d’incendio sia minore:

ηk,fi = Rk,fi/Rk

ηk,fi coefficiente di riduzione della resistenza in condizioni d’incendio

Rk resistenza caratteristica della connessione in condizioni normali

R60

R90

R120

Rk,fi resistenza della connessione in condizioni di fuoco

a1 distanza minima tra l’asse della vite e il bordo della trave

Determinazione di a1 a partire dal coefficiente η scelto e dalla resistenza al fuoco desiderata.

Per ηk,fi = 0,5

R90

R60 R30 a1 = 32 mm a1 = 57 mm a1 = 82 mm

DETERMINAZIONE DELLA SEZIONE IN CONDIZIONI DI INCENDIO(1)

Dopo aver determinato a1 è possibile calcolare la sezione minima in condizioni di incendio.

a 1= a 2,CG

a3 ≥ a 1

a1 a1 a3

ESEMPIO DI CALCOLO

DATI DI PROGETTO

TRAVE PRINCIPALE

B HT base trave principale

126 mm

H HT altezza trave principale 245 mm

legno GL24h ( ρ k= 385 kg/m3)

TRAVE SECONDARIA

b NT base trave secondaria 105 mm

h NT altezza trave secondaria 245 mm

legno GL24h ( ρ k= 385 kg/m3)

Angolo nel piano verticale α=0 °

Angolo nel piano orizzontale β=0 °

CONNETTORE TUTTO FILETTO A TESTA CILINDRICA

L lunghezza vite

b lunghezza filetto

300 mm

290 mm

d 1 diametro nominale 11 mm

VERIFICA

Lunghezza filettata lato testa: S g,HT = 135 mm; Lunghezza filettata lato punta: S g,NT=135 mm;

SCELTA COEFFICIENTE DI RIDUZIONE DELLA RESISTENZA

η K,FI scelto pari a 0,5

RESISTENZA CARATTERISTICA DEL CONNETTORE IN CONDIZIONI STANDARD:

F V,RK = 26,52 kN

RESISTENZA CARATTERISTICA DEL CONNETTORE IN CONDIZIONI FUOCO:

F V,RK,FI = ηk,fi· F V,RK = 0,5 · 26,52 kN = 13,26 kN

GEOMETRIA “FREDDA” R0

b NT base trave secondaria 105 mm

h NT altezza trave secondaria 245 mm

a CROSS

RESISTENZA AL FUOCO R30

b NT base trave secondaria +0 mm 105 mm

h NT altezza trave secondaria +11 mm 256 mm

a CROSS

a 2,CG = a 1

mm a3 ≥ a 1 44 mm

RESISTENZA AL FUOCO R60

b NT base trave secondaria +26 mm 131 mm

h NT altezza trave secondaria +24 mm 269 mm

a CROSS 17 mm

a 2,CG = a 1 57 mm

a3 ≥ a 1 57 mm

RESISTENZA AL FUOCO R90

b NT base trave secondaria +76 mm 181 mm

h NT altezza trave secondaria +49 mm 294 mm

a CROSS 17 mm

a 2,CG = a 1 82 mm

a3 ≥ a 1 82 mm

DISTANZE MINIME IN CASO DI INCENDIO

VITI INCROCIATE INSERITE CON UN ANGOLO α RISPETTO ALLA FIBRA(1)

a2,CG aCROSS

VITI INSERITE CON E SENZA PREFORO

VITI IN TRAZIONE INSERITE CON UN ANGOLO α RISPETTO ALLA FIBRA(1)

Valori calcolati utilizzando η k,fi = 0,5 | a 2,CG = a1 secondo EN 1995-1-2:2025

(1) Nuova generazione Eurocodici EN 1995-1-2:2025 (n.d.)

(2) Per giunzioni trave secondaria-trave principale con viti VGZ d = 7 mm inclinate o incrociate, inserite con angolo di 45° rispetto alla testa della trave secondaria, con un’altezza minima della trave secondaria pari a 18 d, la distanza minima a2,CG può essere presa pari a 3 d1

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APPLICAZIONI E CONNETTORI

CONNETTORI A FILETTO PARZIALE

RESISTENZA

Concentrazione delle tensioni nell’area localizzata in direzione del carico. Resistenze legate al rifollamento delle pareti del foro nel legno ed al piegamento della vite.

VITI SOLLECITATE A TAGLIO

RESISTENZA PROPORZIONALE AL DIAMETRO

RIGIDEZZA

• spostamenti elevati

• bassa rigidezza

• elevata duttilità

CONNETTORI A FILETTO TOTALE

RESISTENZA

Sollecitazioni distribuite lungo l’intera superficie filettata. Resistenze elevate legate al cilindro di legno interessato dalle tensioni tangenziali.

CONNETTORI SOLLECITATI ASSIALMENTE

RESISTENZA PROPORZIONALE ALLA LUNGHEZZA FILETTATA

RIGIDEZZA

• spostamenti limitati

• elevata rigidezza

• ridotta duttilità

CONNETTORI A CONFRONTO

CONNESSIONE TRAVE-TRAVE

Connessione di due travi in legno lamellare (GL24h) di altezza H = 200 mm sollecitate da un carico parallelo alla fibra. Dimensionamento secondo EN 1995-1-1:2004/A2:2014.

SOLUZIONE A

Vite a filetto parziale TBS Ø8 x 300 mm 4 connettori

RESISTENZA

Rv,k = 14,4 kN

SOLUZIONE B

Vite a filetto totale VGZ Ø9 x 400 mm 1 connettore

Rv,k = 14,9 kN

Sono richiesti 4 connettori a filetto parziale per eguagliare la resistenza a scorrimento di 1 vite a filetto totale inclinata a 45°.

RIGIDEZZA

K ser = 6,1 kN/mm

K ser = 29,4 kN/mm

La giunzione realizzata con connettori a filetto totale risulta molto rigida: a parità di sollecitazione, si avranno deformazioni inferiori a quelle del caso con connettori a filetto parziale.

CONNESSIONE CON CONNETTORI INCROCIATI

La forza di taglio verticale F va a ripartirsi sui connettori installati a 45° sollecitandoli assialmente.

FILETTO TOTALE

1 vite in trazione 1 vite in compressione

FILETTO PARZIALE

La porzione filettata garantisce ottime prestazioni sia a trazione che a compressione e consente di raggiungere una resistenza globale elevata.

La testa della vite non resiste a compressione (si sfila dal legno) ed offre resistenza limitata a trazione (penetrazione < estrazione filetto).

CONNETTORI A FILETTO PARZIALE

Viti sollecitate a taglio: resistenza proporzionale al diametro

CONNESSIONE LEGNO-LEGNO

CONNESSIONE METALLO-LEGNO

LEGENDA:

inserimento senza

inserimento con preforo

applicazione non consigliata ma possibile con accorgimenti specifici

SOFTWOOD

HARDWOOD

HBS PLATE

HBS PLATE EVO HBS PLATE A4

no metallolegno senza rondella

Si considerano viti strutturali (Ø ≥ 6mm)

CONNETTORI A FILETTO TOTALE

Connettori sollecitati assialmente: resistenza proporzionale allalunghezza

CONNESSIONE LEGNO-LEGNO

CONNESSIONE METALLO-LEGNO

applicazione metallo-legno non consigliata

LEGENDA:

inserimento senza preforo inserimento con preforo

applicazione non consigliata ma possibile con accorgimenti specifici

HARDWOOD

Si considerano viti strutturali (Ø ≥ 5 mm)

HARDWOOD

Soluzioni appropriate per numerose combinazioni di materiali e densità

CONNESSIONE LEGNO-LEGNO

pino termotrattato

larice frassino termotrattato

larice siberiano rovere iroko

teak itauba bangkirai melagangai

ipe massaranduba bambù termotrattato

LEGENDA:

inserimento senza

inserimento con preforo

Si considerano viti per decking (Ø ≤ 6mm)

CONNETTORI PER CONNESSIONI IBRIDE

RONDELLA E METALLO-LEGNO

HUS VGU

SOFTWOOD-HARDWOOD CALCESTRUZZO-LEGNO

LEGNO-METALLO

Rondelle certificate per applicazione con vite a testa svasata.

HBS HARDWOOD

Vite certificata per connessioni ibride fra elementi in softwood e in BeechLVL.

SBS-SPP

Consentono il fissaggio di elementi in legno a sottostrutture metalliche.

LEGNO-METALLO-LEGNO

CTC

Connettore certificato, software di calcolo disponibile.

SOFTWOOD-HARDWOOD

VGZ HARDWOOD

Vite certificata per connessioni ibride fra elementi in softwood e in BeechLVL.

LEGNO-ISOLANTE-LEGNO

DGZ

Consente il fissaggio sia di isolante rigido che morbido.

SBD - SBD EVO

Spinotto autoforante: consente di forare piastre fino a 10 mm di spessore.

SBS-SPP

Ideali per il fissaggio di sistemi di solaio composito legno-metallo-legno con lamiera grecata.

MATERIALI

Fino a 200 anni fa il legno era il materiale più utilizzato per le costruzioni; in seguito è stato sostituito da acciaio e calcestruzzo. Il legno come “materiale da costruzione” si è evoluto negli ultimi 100 anni, con l’introduzione di materiali incollati (GLT, CLT e LVL).

Si distinguono due macro categorie: legni di conifere (softwood) e legni di latifoglie (hardwood).

LEGENDA:

SOFTWOOD strutturale

HARDWOOD strutturale

Cedro

Solid timber

GLT

Glued Laminated Timber

CLT

Cross Laminated Timber

LVL

Laminated Veneer Lumber

Pino radiata

Betulla

Rovere Faggio

Pino Douglasia (D Fir)

Bamboo

SPF (abete-pino-abete)

Larice

Abete

Iroko Frassino

Teak

Wenge

Eucalipto

Bangkirai

Ipè

Massaranduba

ROTHOBLAAS CONSIGLIA

LEWIS

PUNTE PER FORI PROFONDI IN LEGNI DOLCI E LEGNI DURI EUROPEI

SNAIL HSS

PUNTE ELICOIDALI PER LEGNI DURI, PANNELLI LAMINATI E ALTRI MATERIALI

OSB

Oriented Strand Board

densità caratteristica

densità media

Decking Decking boards

Come installare correttamente?

PRATICA

DISTANZE MINIME E PREFORO

DISTANZE E SPAZIATURE MINIME

Il posizionamento delle viti all’interno dell’elemento in legno deve tener conto dell’interazione che si esplica fra i due elementi.

L’impiego di adeguate distanze e spaziature minime fra le viti evita fessurazioni dell’elemento ligneo e meccanismi di rotture fragili della connessione.

spaziatura fra le viti non sufficiente

distanze da bordi ed estremità non adeguate

INDICAZIONI SU DISTANZE E SPAZIATURE MINIME per le viti, con e senza preforo e su diversi supporti, disponibili sul catalogo “Viti e connettori per legno” www.rothoblaas.it

PREFORO E FORO PILOTA

Il preforo consente di inserire la vite con meno sforzo e minimizzare il danno nel legno. Il preforo viene realizzato per l’intera lunghezza della vite.

Generalmente l’inserimento con preforo consente di poter adottare spaziature e distanze minime ridotte

inserimento senza preforo

La porzione di legno interessata dall’inserimento della vite è maggiore nel caso in cui non venga effettuato il preforo.

inserimento con preforo

Le viti possono essere posizionate a distanza ridotta perché non risentono dell’interazione reciproca.

I fori pilota o fori guida vengono utilizzati per facilitare l’inserimento delle viti. Hanno lunghezza limitata (solitamente 40-80 mm) . Vengono consigliati nell’installazione di viti lunghe o quando è necessario assicurare inclinazione molto precisa di inserimento.

DIAMETRO DEL PREFORO

La dimensione del preforo dipende dalla geometria della vite e dal tipo di legno su cui si installa (per indicazioni più specifiche sui materiali si veda pag. 55).

dv,rec il diametro consigliato del preforo

dv il diametro del preforo

d 2 il diametro del nocciolo

d 1 il diametro nominale

dv ≤ d2

d s il diametro del gambo

d 1 il diametro nominale

d 2 il diametro del nocciolo

ds ≥ dv ≥ d2

dv < dv,rec

rottura

dv > dv,rec

Fax <<

(1) ETA-11/0030.

Lo sforzo sulla vite durante l’inserimento supera la resistenza torsionale della vite.

Una porzione di filetto non è contatto con il legno; la resistenza ad estrazione diminuisce.

SOFTWOOD

HARDWOOD

MOMENTO DI INSERIMENTO

Per penetrare il legno, la vite deve vincere la sua forza di resistenza.

Lo sforzo durante l’avvitamento (momento d’inserimento - Rtor) è legato alla geometria del connettore ed al materiale del supporto. Per evitare rotture, è necessario che lo sforzo sulla vite non eguagli o superi la sua resistenza intrinseca a torsione (f tor). Secondo la normativa (1) è necessario garantire un rapporto torsionale di avvitamento minimo pari a 1,50 (ftor,k / Rtor,mean ≥ 1,5).

Si riporta nei grafici sottostanti l’andamento del momento di inserimento per viti applicate in condizioni differenti, sia a livello di legno impiegato che di tipologia di preforo.

inserimento tipo A

SENZA preforo (LV = 0 mm)

inserimento tip o B

CON preforo di lunghezza LV = L/2

inserimento tipo C

CON preforo di lunghezza LV = L

ftor,k

ftor,k ≥ 1,5 Rtor,m

L’inserimento dei connettori su supporti con densità limitata può avvenire anche senza preforo.

Lo sforzo sulla vite, infatti, si mantiene sempre entro i limiti di sicurezza [ A-B - C ].

L’utilizzo di un foro pilota facilita l’inserimento e assicura alla vite la giusta direzione.

ftor,k

ftor,k ≥ 1,5 Rtor,m

Le viti ”standard” per poter essere inserite su legni duri necessitano di preforo [ C ]; in caso contrario, si rischia la rottura [ A ].

Una lunghezza limitata di preforo [ B ] consente di diminuire lo sforzo sulla vite ma non preclude la possibilità di rottura.

Le viti con geometria specifica per legni duri (viti HARDWOOD) possono essere applicate senza preforo [ A H ].

SOFTWOOD

HARDWOOD

IMPULSE e IMPACT : YES or NO?

Rothoblaas ha condotto, in collaborazione con l’Università di Innsbruck, una campagna sperimentale con l’obiettivo di valutare l’influenza dell’utilizzo di differenti avvitatori sulle proprietà meccaniche delle viti (es. resistenza a trazione) e sul momento d’inserimento.

VITI TESTATE MATERIALI

filetto parziale

HBS Ø6 - Ø8

TBS Ø10

filetto totale

VGZ Ø7 - Ø9

VGS Ø11 - Ø13

L fino a 800mm

RESISTENZA A TRAZIONE

GLT

Glued Laminated Timber

CLT

Cross Laminated Timber

Si sono confrontate le resistenze a trazione di viti mai utilizzate (campioni di riferimento) con quelle di viti installate su elementi in legno (inserite e poi estratte con differenti avvitatori).

La resistenza a trazione non è legata al tipo di installazione: come riportato nel grafico a lato, le divergenze, inferiori al 2%, sono presumibilmente legate alla variabilità intrinseca degli elementi lignei utilizzati e non all’avvitatore impiegato.

AVVITATORI

avvitatore standard

avvitatore a percussione

avvitatore ad impulsi

MOMENTO

DI INSERIMENTO

L’impiego di un avvitatore ad impulsi/a percussione non provoca variazioni sostanziali nella resistenza d’inserimento rispetto all’installazione con avvitatore “standard”. Il rapporto caratteristico di torsione (ftor,k / Rtor,MW) si mantiene sempre entro i limiti previsti dalla norma.

ftens ftens ftens

ftens,meas

ftens,k

Rtor,meas

ftor,k

ftor,k ≥ 1,5

Rtor,MW

ACCREDITED TEST REPORT (202011-0088) “Influence on the tension strength of screws type HBS, TBS, VGS and VGZ by the use of different screw-in devices “disponibile sul sito www.rothoblaas.it

CONNESSIONE LEGNO -LEGNO

Nel caso di viti impiegate in connessioni strutturali legno-legno (softwood) è possibile adottare anche un avvitatore ad implusi/a percussione per l’installazione.

Una corretta installazione garantisce prestazioni strutturali e relative resistenze delle viti autoforanti parzialmente o completamente filettate nelle connessioni legno-legno e metallo-legno.

Non martellare le viti per inserire la punta nel legno.

La vite non può essere riutilizzata.

In generale si consiglia di inserire il connettore in un’unica operazione, senza effettuare arresti e ripartenze che potrebbero creare stati di sovrasollecitazioni nella vite.

Selezionare la dimensione ed il tipo di inserto appropriato. Il supporto per vite CATCH o CATCHL di Rothoblaas può essere utilizzato per garantire che l’inserto rimanga nella cava della testa della vite durante l’installazione.

Consigliabile foro pilota per garantire la corretta direzione di installazione.

Rispettare angolo inserimento.

Consigliabile l’impiego della dima di installazione JIG VGZ 45°.

CONNESSIONE METALLO -LEGNO

La vite non deve venire sollecitata in maniera estrema e quindi non deve entrare in contatto con la piastra in modo violento. Si verificano stati di sovratensione che possono portare a rotture anche successive all’installazione.

Con l’avvitatore ad impulsi/a percussione, determinare il punto preciso di arresto è complesso. La vite viene sollecitata in maniera non continuativa ed è per questo che l’impiego dell’avvitatore ad impulsi/percussione è sconsigliato.

Rispettare angolo inserimento.

Evitare piegamento.

Assicurare il contatto completo tra l’intera superficie della testa della vite e l’elemento metallico.

Consigliabile foro pilota per garantire la corretta direzione di installazione.

Consigliabile l’impiego della dima JIG VGU in accoppiamento con rondella VGU.

Consigliabile l’impiego della dima di installazione JIG VGZ 45°.

CONNESSIONE METALLO -LEGNO

PRESCRIZIONI DI INSTALLAZIONE

CONDIZIONI DI IMPIEGO

Evitare alterazioni dimensionali del metallo legate ad esempio a forti escursioni termiche.

INSERIMENTO

Evitare sollecitazioni accidentali in fase d'installazione.

Evitare fenomeni di ritiro o rigonfiamento degli elementi in legno dovuti a variazioni di umidità.

Evitare piegamento.

Rispettare angolo inserimento. Il montaggio deve essere effettuato in modo tale da garantire che le sollecitazioni siano uniformemente distribuite su tutte le viti installate

SERRAGGIO

Si consiglia di utilizzare avvitatori “standard” e di assicurare il corretto serraggio mediante l’impiego di chiave dinamometrica oppure di impiegare avvitatori “a controllo di coppia”, così da evitare stati di tensioni puntuali e concentrate.

Valori della coppia di serraggio consigliati:

VGS Ø9 VGS Ø11

L < 400 mm VGS Ø11

L ≥ 400 mm VGS Ø13

Mins [Nm] 20 30 40 50 HBS PL Ø8 HBS PL Ø10 HBS PL Ø12

Mins [Nm] 25 35 50

Garantire contatto pieno fra l’intera superficie della testa della vite e l’elemento metallico è buona regola costruttiva.

DOVE PRESTARE PARTICOLARE ATTENZIONE

La testa larga rappresenta un elemento di criticità nell’applicazione metallo-legno e pertanto se ne sconsiglia l’utilizzo.

Una non perfetta complanarità fra la sede metallica e la testa della vite può comportare concentrazioni di sforzo puntuali con conseguenti fenomeni di rottura localizzati.

Il diametro del foro nella piastra deve essere sempre maggiore del diametro esterno della vite, per evitare che il filetto si danneggi in fase di inserimento ed il connettore non esplichi la resistenza ipotizzata.

Assicurarsi che la vite non entri in contatto con l’elemento metallico durante l’inserimento.

FORO NELLA PIASTRA

Foro svasato.

Rondella svasata.

Foro cilindrico.

Rondella VGU inclinata

Foro cilindrico.

Foro svasato inclinato

PRESCRIZIONI COSTRUTTIVE: DECKING

L’attenzione al particolare garantisce la durabilità, l’estetica e la stabilità del rivestimento. Consente inoltre di evitare problematiche di marcescenza, fessurazioni e deformazioni.

DISTANZA FRA LE TAVOLE

• consentire i movimenti del legno

• evitare accumulo di acqua e marcescenza sulla testa delle tavole

• evitare accumulo di sporcizia

SCELTA DEI FISSAGGI

VENTILAZIONE SOTTOTAVOLA

≥7 mm ≥7 mm a a

• garantire estetica

• fissaggio a vista oppure a scomparsa

RESISTENZA STATICA DEL RIVESTIMENTO

• garantire sicurezza e stabilità

• prevedere un opportuno interasse fra gli elementi della sottostruttura (40÷60 cm)

• verificare che vi sia un adeguato livellamento della sottostruttura

• adottare lo stesso materiale per il rivestimento e la sottostruttura

• evitare accumulo di acqua e umidità

• consentire i movimenti del legno

• evitare contatto diretto fra gli elementi

POSIZIONAMENTO DEI FISSAGGI

• evitare fessurazioni delle tavole

• garantire tenuta statica

DISTANZA LATERALE

• consentire i movimenti del legno

• evitare ristagno d’acqua

• evitare aumento localizzato di umidità nel legno

• evitare accumulo di sporcizia

Selezionare correttamente la specie legnosa e la qualità della tavola, sulla base delle esigenze progettuali, evita che si verifichino ritiri, rigonfiamenti, deformazioni differenziali fra gli elementi e svergolamento. Tali fenomeni possono compromettere la corretta funzionalità del sistema di fissaggio.

MOMENTO DELLA COSTRUZIONE

ROTHOBLAAS CONSIGLIA

DRILL STOP

SET DI PUNTE PER TRAPANO E SVASATORE CON BATTUTA DI PROFONDITÀ GIREVOLE

CRAB MAXI

STRETTOIO PER TAVOLE

Maniglia girevole per regolazioni precise

Per tendere in una sola volta da 5 a 7 tavole

Apertura da 200 a 770 mm

Terrazze: scegliere la vite giusta e istruzioni per il montaggio

BROAD

PUNTA CON SVASATORE PER KKT, KKZ, KKA

STAR STELLA PER DISTANZE

5 misure più comuni in un unico strumento

Creazione di fughe uniformi

Spessore da 4 a 8 mm

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ANNI DOPO

PRESCRIZIONI COSTRUTTIVE: CANTIERE

Durante il trasporto, lo stoccaggio e l’assemblaggio, gli elementi in legno dovrebbero essere protetti per ridurre al minimo le loro variazioni di umidità residua.

FASE DI CANTIERE: costruzione in corso

In fase di installazione gli elementi in legno presentano contenuti di umidità compatibili con quelli dello stabilimento in cui sono stati prodotti.

FASE INTERMEDIA: la costruzione esposta alle intemperie

best practice per ladell'umiditàprevenzione

con i prodotti giusti senza i prodotti giusti

Se non viene correttamente protetta, in caso di pioggia, l’incremento di umidità dell’aria porta ad un notevole aumento di umidità residua degli elementi in legno.

OPERA FINITA: costruzione ultimata

Gli elementi sono in equilibrio con le condizioni ambientali finali.

Proteggere la struttura dalle intemperie e garantire protezione, soprattutto delle giunzioni, durante la fase di costruzione, consente di non pregiudicare la resistenza dell’opera.

TELONE DI COPERTURA

TRASPIR ADHESIVE 260

MEMBRANA ALTAMENTE TRASPIRANTE AUTOADESIVA

BYTUM SLATE 3500

MEMBRANA BITUMINOSA AUTOADESIVA ARDESIATA

Ogni misura è dotata di un gancio di sollevamento rinforzato per una posa più semplice.

Grazie agli occhielli metallici di fissaggio ogni metro, è possibile fissare il telone sulla copertura.

L’elevata grammatura e il tipo di materiale garantiscono elevata resistenza meccanica e durabilità nel tempo.

Fissando il telone al tetto è importante che tutti gli occhielli siano sempre ancorati in modo che il carico del vento venga ripartito su più occhielli possibili.

AUTOADESIVA

Grazie al collante di nuova generazione, la membrana assicura una buona adesività anche su OSB ruvido.

SIGILLATURA SICURA

La superficie adesiva evita la formazione di flussi d’aria dietro la membrana in caso di rotture accidentali o mancate sigillature.

TRASPIRANTE

Grazie al collante brevettato, la membrana rimane perfettamente traspirante anche se completamente adesivizzata.

POSA FACILE

La finitura in ardesia rende BYTUM SLATE 3500 utilizzabile su pendenze fino a 5° come sottotegola e compatibile con malta e schiuma.

AMPIA GAMMA

Fornibile in 4 colorazioni, per soddisfare diversi campi applicativi e necessità estetiche.

FLESSIBILITÀ

Flessibilità e lavorabilità garantite anche a basse temperature grazie al compound bituminoso modificato con polimeri.

AVVITATORI

La scelta dell’avvitatore è legata alla tipologia e alla dimensione della vite, all’applicazione e al tipo di materiale del supporto.

VITI PICCOLE | Ø3,5-Ø10

• Utilizzo universale per molteplici applicazioni

• Ideale per uso in cantiere grazie al sistema a batteria

• Funzione di percussione commutabile e regolazione del livello della forza di torsione massima per un lavoro preciso

CONSIGLIA

ASB 18

AVVITATORE A BATTERIA A 2 VELOCITÀ

| Ø8-Ø12

CONNETTORI | Ø11-Ø20 VITI

CONSIGLIA

• Trapano avvitatore potente per viti strutturali

• In prima marcia consente l’inserimento di connettori, anche di lunghezza elevata

• In seconda marcia (alta velocità) permette di forare sia elementi in legno che in acciaio

• Motore potente e robusto da 2000W con rotazione destra/sinistra per una potenza di coppia molto elevata in 1° marcia (> 250 Nm)

• Con l’impiego di opportuni adattori consente l’installazione di barre filettate o viti molto lunghe nel legno

B 13 B

TRAPANO AVVITATORE A 2 VELOCITÀ

CONSIGLIA

D 38 RLE

TRAPANO AVVITATORE A 4 VELOCITÀ

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